安妮(桑德拉·布洛克 Sandra Bullock 饰)和杰克的恋情并未走到最后,失落的安妮决意不再与特警恋爱,现任男友亚历克斯(杰森·帕特里克 Jason Patric 饰)为爱情隐藏特警身份,但无奈还是暴露,于是携安妮前往加勒比海度假作为弥补。在他们的游轮上,潜藏着一名危险人物——设计轮船操作系统的工程师基格(威廉·达福 Willem Dafoe 饰),基格身患绝症却遭到解雇,他为了报复公司掌控了轮船的自动航行系统,在船内装满炸弹,船长只得与乘客弃船,危机关头,亚历克斯挺身而出,与安妮返回船上救助被困的乘客。在游轮冲向毁灭终点的同时,安妮又落入了基格之手……
奥地利皇储突然自杀案件,让沉寂6个月的福尔摩斯(小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰)再次启动。这次,福尔摩斯有了一个强有力的对手——智力上与福尔摩斯相当的莫里亚蒂教授(杰瑞德·哈里斯 Jared Harris 饰)。为了调查清楚皇储的自杀案件,福尔摩 斯与华生(裘德·洛 Jude Law 饰),在吉普赛占星师西姆(劳米·拉佩斯 Noomi Rapace 饰)的帮助下,和莫里亚蒂展开了在整个欧洲大陆上的较量,从英国到法国、德国……虽然被称为最聪明的人,但是莫里亚蒂教授仿佛能预知福尔摩斯的行踪,都能先一步福尔摩斯逃之夭夭。莫里亚蒂教授死亡名单上的人一个个被抹杀,历史可能就此被改编,面对如此强大的对手,福尔摩斯如何应对?